仿生机器人的现状及展望.ppt

机器人技术 仿生机器人的现状及发展 The situation and development of the bio-robot 仿生机器人是通过研究动物的生理结构、传感系统、计算结构等特点来构造一个机器人，使其能够模仿生物或者从事生物特点工作的机器人。 什么是研究仿生机器人 自然界的生物经过长期与自然环境的磨合，形成了复杂的、适应各种外界环境的高性能结构特征或者体表形态，这些结构特征或者体表形态为仿生设计提供了包括宏观和微观的结构原型。 为什么要研究仿生机器人 Example Smart-Bird BY FESTO 怎样研发仿生机器人 仿生机器人的发展 机器人正在由第三代智能机器人向第四代仿生机器人发展和迈进。非结构化的、未知的工作环境，复杂的、精巧的、高难度的工作任务和对于高精确度、高灵活性、高可靠性、高鲁棒性、高智能性的目标需求是仿生机器人产生和发展的客观动力。当前仿生机器人的研究主要集中在运动方式、执行方式、感知方式、控制方式、信息加工处理方式、组织方式等几方面，并且已经取得了初步的成绩。 (1) 生命的四类行为本身没有明确的范围，而是具有模糊的界限(如图1所示)。 ①本能式行为控制，是指生命生来就有的由大脑皮层以下的神经中枢参与即可完成的一种比较低级的神经活动，这种能力在生物学上称为先夭性本能。 ②反射式行为控制，是指生物出生以后在条件反射的基础上，在大脑皮层的参与下经过一定的过程积累对直接的物理信号所形成的一种高级的神经活动。 ③慎思式行为控制，是指具有语言中枢的高级生命体对由具体信号抽象而来的语言、文字所产生的反应，这种反应多发生在具有社会属性的高级生命体和智能体之间。 ④社会式行为控制方式，是指具有语言中枢的高级生命体对抽象的语言、文字信号所产生的反应，这种反应多发生在具有社会属性的高级生命体之间，这种控制方式以抽象 的语言文字为信息载体和传递介质，以多生命体或智能体间的社会机制为协调、制约和竞争的控制策略。 (2) 生命的四类行为之间没有固定的区别，而是处于动态的变化。 (3) 本能式行为不是该种生命产生时便己具有，而是由反射式行为经多代的自然选择进化(或退化)而来。 (4) 反射式行为以本能式行为为基础，由生物个体经多次慎思式行为的积累才逐渐建立和形成，也可以取消和去除。 (5) 社会式行为的产生和执行虽然以生物的本能行为和反射行为为基础，但是却可以在某种程度上超越本能行为和反射行为而具有最高的控制级别。 机器人体系结构，就是指为完成指定目标的一个或几个机器人在信息处理和控制逻辑方面的结构方式 1.基于功能分解的体系结构 2.基于行为分解的体系结构 3.基于智能分布的体系结构 4.仿生式控制体系结构 基于功能分解的体系结构 基于功能分解的体系结构在人工智能上属于传统的慎思式智能，在结构上体现为串行分布，在执行方式上属于异步执行，即按照“感知—规划—行动”的模式进行信息处理和控制实现。以美国国家航天局和美国国家标准局所提出的NASR人MtI〕为典型代表。这种体系结构的优点是系统的功能明了、层次清晰、实现简单。但是串行的处理方式大大延长了系统对外部事件的响应时间，环境的改变导致必须重新规划，从而降低了执行效率。 因此只适合在已知的结构化环境下完成比较复杂的工作。 基于行为分解的体系结构 基于行为分解的体系结构在人工智能上属于现代的反应式智能，在结构上体现为并行(包容)分布，在执行方式上属于同步执行，即按照“感知一行动”的模式并行进行信息处理和控制。以麻省理工的R.A.Brooks所提出的行为分层的包容式体系结构(SubsumptionArchitecture) 和Arkin提出的基于MotorSc hema的结构为典型代表。其主要优点就是执行时间短、效率高、机动能力强。但是由于缺乏整体的管理，很难适应于各种情况。因此只适用于在未知环境下执行比较简单的任务。 基于智能分布的体系结构 基于智能分布的体系结构在人工智能上属于必威体育精装版的分布式智能，在结构上体现为分散分布，在执行上属于协同执行，既可以单独完成各自的局部问题求解，又能通过协作求解单个或多个全局问题。以基于多智能体的体系结构为典型代表。 这种体系结构的优点是既具有“智能分布”的特点，又有统一的协调机制。但是如何在各个智能体之间合理的划分和协调仍然需要大量的研究和实践。该体系结构在许多大型的智能信息处理系统上有着广泛的应用。 除以上三类主